Выходные данные проекта:
Тема: Природа эффекта упругой нелинейной разгрузки магниевых сплавов
Заказчик работ: Российский Научный Фонд
Приоритетное направление: 8. Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика, 16. Технологии получения и обработки конструкционных наноматериалов.
Область знаний: 03 Химия и науки о материалах, 03-603 - Фундаментальные основы создания новых металлических, керамических и композиционных материалов
Шифр проекта: 22-23-01169
Руководитель работ: Данюк Алексей Валериевич
Получатель/Исполнитель: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тольяттинский государственный университет"
Продолжительность работ: 2022 - 2023 г.
Итоговое финансирование проекта: 3 млн. руб.
Ключевые слова: магний, магниевые сплавы, нелинейная разгрузка, деформационные механизмы
Аннотация и научная значимость проекта:
Проект направлен на исследование природы эффекта упругого нелинейного разгружения магниевых сплавов, оказывающего отрицательное влияние на их усталостные свойства. Снижение массы при сохранении прочностных свойств конструкции является приоритетным требованием во многих отраслях экономики, поэтому магниевые сплавы, обладающие высокой удельной прочностью, рассматриваются как особо перспективные в аэрокосмической, транспортной, электротехнической и медицинской отраслях. Однако к числу факторов, сдерживающих их широкое применение в конструкциях различного назначения, относится эффекты упругой нелинейной разгрузки и асимметрии деформационного поведения. Научная новизна проекта заключается в определении элементов эволюции микроструктуры, отвечающих за нелинейное поведение на этапе разгружения. Для этого запланированы исследования, включающие in-situ испытания образцов на сжатие и растяжение в колонне электронного микроскопа в сочетании с современными аналитическими методами: растровая электронная микроскопия, анализ дифракции обратноотраженных электронов и акустической эмиссии (SEM+EBSD+AE). Эффект упругого нелинейного разгружения является одной из причин неудовлетворительного сопротивления усталостному разрушению, сильно ограничивающее применение магниевых сплавов. Результатом исследования является описание микроструктурных причин и условий, которые формируют эффект нелинейного разгружения, знание которых позволит предложить способы технологической обработки перспективных магниевых сплавов с улучшенными характеристиками сопротивлению усталости.
Ожидаемые результаты выполнения проекта:
1. Подробное описание и карты микроструктуры в трех плоскостях для образцов в исходном состоянии. Карты микроструктуры исследуются с применением растровой электронной микроскопии и анализа ДОЭ (EBSD) и рентгеноструктурного микроанализа (EDS).
2. Механические характеристики, серии диаграмм σ(ε), для различных параметров испытаний (направление деформации: растяжение и сжатие; при различных скоростях деформации в прямом и обратном направлениях), демонстрирующие наличие эффекта нелинейной разгрузки с количественной оценкой влияния направления и скорости деформации.
3. Результат анализа кластеризации спектральных характеристик сигнала акустической эмиссии, определение временных интервалов изменений характеристик деформационного процесса.
4. Экспериментальные данные, содержащие характеристики и временные зависимости параметров нагружения/разгружения образца магниевого сплава и карт микроструктуры, полученные с поверхности образца находящегося в деформированном состоянии под напряжением с точной привязкой по времени и деформации.
5. Описание и количественные характеристики изменения микроструктуры, размер и форма зерна, статистика кристаллографических разориентировок зерен на границах и т. п. Описание иных форм изменения микроструктуры, фактически зарегистрированных в эксперименте.
Результаты выполнения проекта помогут понять причины эффекта нелинейной разгрузки и родственных эффектов: асимметрии деформационного поведения и Баушингера в магниевых сплавах. Понимание таких причин позволит предложить технические решения формирования структуры магниевых сплавов с улучшенными механическими свойствами и сопротивлением усталостному разрушению.
Основные результаты выполнения проекта:
1 этап (2022 год)
В проекте рассматривается эффект нелинейной упругой разгрузки магниевого сплава, определён пороговый уровень напряжения, при котором формируется обозначенный эффект и проведен анализ структурного состояния материала до нагружения и после разгрузки при разных величинах деформации и напряжения. Микроструктура материала образцов была определена методами растровой электронной микроскопии с применением анализа обратно рассеянных электронов, на картах микроструктуры показаны неоднородность активации типов деформационных механизмов в смежных зернах, а определение типа границ выполнено на основе анализа углов разориентировки кристаллической решетки. Магний и его сплавы в крупно зернистом литом состоянии склонны к двойникованию при напряжении ниже предела текучести, а активация процесса двойникования сопровождается высокоамплитудной акустической эмиссией. Из анализа сигнала акустической эмиссии, зарегистрированной при растяжении до разрушения, и анализа площади петли образуемой нелинейностью (гистерезисом) при разгрузке с повторным нагружением сделаны выводы, что нелинейность разгрузки обусловлена двойникованием в зернах, в которых невыгодная конфигурация (низкий фактор Шмидта) для дислокационного скольжения, а продвойниковавшая решетка не увеличивает вероятность скольжения из-за разворота кристаллографического направления на угол близкий к 90 градусам, что не способствует повышению фактора Шмидта и активации систем скольжения дислокаций, поэтому двойник остается «незакрепленным» и при снижении упругих напряжений склонен к раздвойникованию.
Публкации:
1. Данюк А.В., Мерсон Д.Л., Брилевский А.И., Афанасьев М.А. Определение порога напряжения и микроструктурных факторов формирующих эффект нелинейной разгрузки магниевого сплава МА14(ZK60) Frontier Materials & Technologies, - (год публикации - 2023).
2 этап (2023 год)
